CN102863399B - 一种靛红酸酐衍生物的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种靛红酸酐衍生物的合成方法，在催化量的Pd和Cu，或Fe和Cu金属盐催化剂存在下，由式（II）或（III）所示苯胺衍生物与一氧化碳反应得到式（I）所示靛红酸酐衍生物，其中，R1为氢、卤素、硝基、烷基、烷氧基、酯基、酰基、环烷基、芳基或芳基烷基；R2为氢、烷基、烷氧基、环烷基、芳基或芳基烷基。本发明方法具有反应条件温和、操作简单、适用范围广、生产成本低、合成产率高等优点。

Description

一种靛红酸酐衍生物的合成方法
技术领域
本发明涉及一种靛红酸酐衍生物的合成方法，属于有机合成技术领域。
背景技术
靛红酸酐(Isatoic Anhydride)是一种非常有用的化工中间体, 它及其衍生物被广泛应用于合成农用化学品、染料、颜料、香料、香精、医药、紫外吸收剂、发泡剂、阻燃剂、防腐剂、漂白剂、杀菌剂和卫生消毒剂等精细化工产品, 并且在tRNA 和mRNA荧光标记领域也应用广泛。
目前，合成靛红酸酐衍生物主要有如下几种方法：1、邻氨基苯甲酸衍生物和剧毒的氯代甲酸酯或三光气反应。2、靛红衍生物的氧化：通常使用三氧化铬或者有机的过氧酸（例如过氧乙酸、间氯过氧苯甲酸）可以将靛红衍生物氧化为靛红酸酐衍生物。3、邻苯二甲酰亚胺衍生物的重排。邻苯二甲酰亚胺衍生物经次氯酸钠氧化可得到靛红酸酐衍生物。例如：在氢氧化钠的水溶液中，用次氯酸钠氧化邻苯二甲酰亚胺，可以得到靛红酸酐。然而该反应对温度、时间、pH 值的要求很高，偏离最佳条件时，产率急剧降低。可见，靛红酸酐类化合物的传统合成方法存在反应条件苛刻，反应原料毒性大、成本高、对环境污染严重、对设备腐蚀性强，反应产率不高等缺点（Brouillette, Y.; Martinez, J.; Lisowski, V. Eur. J. Org. Chem. 2009, 3487）。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应条件温和、生产成本低、适用范围广、合成产率高的靛红酸酐衍生物的合成方法。
本发明实现过程如下：
一种靛红酸酐衍生物的合成方法，在Pd和Cu，或Fe和Cu金属盐催化剂存在下，由式（II）或（III）所示苯胺衍生物与一氧化碳反应得到式（I）所示靛红酸酐衍生物， 
                                                     
其中，R1为氢、卤素、硝基、烷基、烷氧基、酯基、酰基、环烷基、芳基或芳基烷基；R2为氢、烷基、烷氧基、环烷基、芳基或芳基烷基。
优选的取代基为：R1为氢、卤素、硝基、C1-C10的烷基、C1-C10的烷氧基、C2-C10的酯基、C1-C10的酰基、环烷基、芳基或芳基烷基；R2为氢、C1-C10的烷基、C1-C10的烷氧基、环烷基、芳基或芳基烷基。
所述Pd和Cu，或Fe和Cu金属盐催化剂为金属卤化物或醋酸盐，如醋酸钯、醋酸铜、溴化铜、氯化铜等。上述反应可以没有氧气参与而直接使用催化剂Pd和Cu，或Fe和Cu金属盐，更优选的作法是反应在有氧气存在下进行。通常情况下，催化剂Pd或Fe用量为（II）或（III）所示苯胺衍生物用量的0.1～10 mol%，Cu用量为（II）或（III）所示苯胺衍生物用量的30～300 mol%，更大用量的催化剂并不妨碍反应的进行。
通常情况下，上述反应一氧化碳或一氧化碳/氧气的分压为1～10个大气压，当然，增加压力有利于反应进行。
上述反应在有机溶剂中进行，可以使用的溶剂有甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、1,4-二氧六环或乙腈，最好为乙腈。
为加快反应进行，提高产率，上述反应还加有添加剂，如碘化钠、四丁基碘化铵、碘单质、碘化钾、碘甲烷、三甲基乙酸，最好为碘化钾或三甲基乙酸或其组合。添加剂的用量为式（II）或（III）苯胺衍生物的0.1-1.0倍摩尔用量。
上述反应条件温和，在20～100 oC下很容易进行，最佳温度是20～60 oC。
术语定义：
本文中使用的“Et”是指乙基，“Pr”是指正丙基，“Cy”是指环己基，“Bn”是指苄基。
术语“烷基”优选含义为具有1-10个碳原子的直链或支链烷基基团，例如，但不仅限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基。
术语“烷氧基”优选含义为具有1-10个碳原子的直链或支链与氧原子连接的烷基，例如，甲氧基、乙氧基、丙氧基。
术语“卤素”是指氟、氯、溴或碘原子。
术语“酯基或酰基”优选含义分别为羧酸的羧基上的氢原子或羟基被烷基或氢原子取代的基团，例如，甲酸甲酯基、甲酸乙酯基、乙酸甲酯基、乙酸乙酯基、甲酰基、乙酰基等等。
术语“环烷基”本身与其他术语结合，除非另有说明，指烷基的环型。环烷基的例子包括但不限于，环戊基、环己基、1-环己烯基、3-环己烯基、环庚基等等。
术语“芳基”是指多不饱和芳香取代基，可以是单环或多环（优选1到3个环），它们可以稠合在一起或共价键连接。例如，苯基、1-萘基、4-联苯基等等。
术语“芳基烷基”为芳基取代的烷基，例如，苄基、苯乙基等等。
本发明提供了靛红酸酐衍生物的一种合成新方法，该方法具有反应条件温和、操作简单、适用范围广、生产成本低、合成产率高等优点。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，现举例说明，但是本实施例并不以任何方式限定本发明的范围。
实施例1：由N-甲基苯胺制备N-甲基靛红酸酐
向100mL圆底烧瓶中加入N-甲基苯胺 （0.54 g, 0.005 mol），醋酸铜 （0.36 g, 0.002 mol），碘化钾 （0.17 g, 0.001 mol），醋酸钯（0.056 g, 0.00025mol，5 mol%）和50 mL乙腈，在一个大气压的一氧化碳和氧气以5:1的比例混合气体中，加热至60℃，薄层色谱检测反应，11小时后冷却至室温，反应混合物用短的硅胶柱将反应中的无机盐过滤掉，将滤液真空旋干，对反应物的粗品进行重结晶或通过柱色谱分离得纯品0.60 g，产物为黄色固体，产率68%。
结构分析：1H NMR (DMSO-d 6 , 400 MHz): δ = 7.97 (d, J = 6.8 Hz, 1 H), 7.85-7.82 (t, J = 6.8 Hz, 1 H), 7.42 (d, J = 7.2 Hz, 1 H), 7.33-7.30 (t, J = 6.4 Hz, 1 H), 3.44 (s, 3 H); 13C NMR (DMSO-d 6 , 100 MHz): δ = 159.0, 147.8, 142.2, 137.2, 129.3, 123.6, 114.8, 111.5, 31.7。 
实施例2：与实施例1类似，不同的是未添加碘化钾，反应产率仅为40%。
实施例3：由3,4-二甲基-N-甲基苯胺制备3,4-二甲基-N-甲基靛红酸酐
向10mL圆底烧瓶中加入3,4-二甲基-N-甲基苯胺 （27.0 mg, 0.2 mmol），醋酸铜 （80.0 mg, 0.44 mol），碘化钾 （6.6 mg，0.04 mmol），醋酸钯（2.2 mg, 0..01 mmol）和2 mL乙腈，在一个大气压的一氧化碳中室温反应，薄层色谱检测反应直到反应结束为止，反应混合物用水和乙酸乙酯进行萃取，合并有机相并将其真空旋干，反应物的粗品通过柱色谱分离得纯品27.5 mg，产物为黄色固体，产率67%。
结构分析：1H NMR (DMSO-d 6 , 400 MHz): δ = 7.66 (s, 1 H), 7.20 (s, 1 H), 3.39 (s, 3 H), 2.33 (s, 3 H), 2.22 (s, 3 H); 13C NMR (DMSO-d 6 , 100 MHz): δ = 158.8, 147.9, 147.7, 140.3, 132.4, 129.0, 115.4, 108.7, 31.6, 20.3, 18.3。
实施例4：由对氯N-甲基苯胺制备对氯N-甲基靛红酸酐
向10mL圆柱形玻璃瓶中加入对氯N-甲基苯胺 （28.2mg, 0.2 mmol），醋酸铜 （80.0 mg, 0.44 mol），碘化钾 （6.6 mg，0.04 mmol），醋酸钯（2.2 mg, 0.01 mmol），三甲基乙酸 （20.4 mg， 0.2 mmol）和2 mL乙腈，将玻璃瓶放入高压釜中，先将高压釜中充入一个大气压的氧气，再向其中冲入两个大气压的一氧化碳，使其在三个大气压（CO:O2=2:1）高压釜内反应，并控温至60 ℃（10小时），待反应结束后，冷却至室温，反应混合物用水和乙酸乙酯进行萃取，合并有机相并将其真空旋干，反应物的粗品通过柱色谱分离得纯品34.2 mg，产物为黄色固体，产率81%。
结构分析：1H NMR (DMSO-d 6, 400 MHz): δ = 8.12-8.06 (m, 2 H), 7.66 (d, J = 9.2 Hz, 1 H), 3.65 (s, 3 H); 13C NMR (DMSO-d 6, 100 MHz): δ = 163.2, 152.6, 146.2, 141.8, 133.1, 132.7, 122.3, 118.4, 114.5, 37.1。
实施例5：表1为不同苯胺衍生物与一氧化碳反应制备靛红酸酐衍生物的反应条件，其中序号1-6和15-29反应中一氧化碳均为1个大气压，序号7-14中CO/O2为2:1共3个大气压，并添加有苯胺衍生物1倍摩尔量的三甲基乙酸。

Claims (7)

1.一种靛红酸酐衍生物的合成方法，其特征在于：在催化量的Pd和Cu，或Fe和Cu金属卤化物或醋酸盐催化剂存在下，由式（II）或（III）所示苯胺衍生物与一氧化碳反应得到式（I）所示靛红酸酐衍生物， 
                                                    
其中，R1为氢、卤素、硝基、烷基、烷氧基、酯基、酰基、环烷基、芳基或芳基烷基；R2为氢、烷基、烷氧基、环烷基、芳基或芳基烷基；
上述反应加有添加剂碘化钠、四丁基碘化铵、碘单质、碘化钾、碘甲烷或三甲基乙酸。
2.根据权利要求1所述靛红酸酐衍生物的合成方法，其特征在于：反应在氧气存在下进行。
3.根据权利要求2所述靛红酸酐衍生物的合成方法，其特征在于：一氧化碳或一氧化碳与氧气的分压为1～10个大气压。
4.根据权利要求1所述靛红酸酐衍生物的合成方法，其特征在于：催化剂Pd或Fe用量为（II）或（III）所示苯胺衍生物用量的1～10 mol%，Cu用量为（II）或（III）所示苯胺衍生物用量的30～300 mol%。
5.根据权利要求1所述靛红酸酐衍生物的合成方法，其特征在于：反应在溶剂甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、1,4-二氧六环或乙腈中进行。
6.根据权利要求1所述靛红酸酐衍生物的合成方法，其特征在于：添加剂为碘化钾和/或三甲基乙酸。
7.根据权利要求1所述靛红酸酐衍生物的合成方法，其特征在于：反应温度为20～100 oC。
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